CN113979663B - 一种砂石调节剂及其制备方法及其应用 - Google Patents

一种砂石调节剂及其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种砂石调节剂及其制备方法及其应用。砂石调节剂由烷基酚聚氧乙烯醚10‑20%、磺化三聚氰胺甲醛树脂30‑50%、乙撑基双硬脂酰胺20‑27%、引气剂5‑15%和流变助剂8‑15%制备而成，制备时将烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂混合，200r/min以上搅拌，获得砂石调节剂。在应用到混凝土中是，砂石调节剂的添加量为混凝土中的胶凝材料的0.8‑1.5%。通过上述组分以特定比例配合，与混凝土中游离碱产生化学反应，生成稳定的枝蔓状晶体物质，有效堵塞砂浆表面的细小吸水量大的孔隙，缓了砂浆体系中自由水的流失，从而得到初期抗压强度好的混凝土。

Description

一种砂石调节剂及其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及混凝土添加剂领域，尤其是涉及一种砂石调节剂及其制备方法及其应用。
背景技术
在建筑行业中，砂的分类主要分为三种：即天然砂、人工砂（机制砂）和混合砂。天然砂指的是由自然条件作用而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒。其主要分为河砂，海砂和山砂。机制砂指的是由机械破碎后的粒径小于4.75mm的岩石颗粒。其主要分为花岗岩制砂，鹅卵石制砂，石灰岩制砂，建筑废料制砂等。混合砂指的是天然砂和机制砂按一定比例混合到一起而得到的砂料。
经过河水的搬运和长期冲刷后而形成的河砂的坚固性和硬度一般较大，成品规则，手感细腻，用于混凝土中质量稳定，可以说是品质上的首选。但因为天然砂越来越少，能够采挖的区域与河流经过多年的开采，资源迅速减少，有的地区天然砂已枯竭或将近枯竭。为了保护自然景观、维护生态平衡，国家规定严禁开采天然砂。因此，天然砂的数量和质量都远远满足不了国家基础设施建设及其他建设的需要。只有积极推广机制砂，才能缓解这一矛盾。机制砂天然资源丰富，全国各地矿山有大量的石屑、尾矿和河道卵石等，这些石屑、废弃的尾矿既污染环境，又浪费资源，生产机制砂可以变废为宝，既能充分利用资源，解决砂子不足的难题，又处理了大量的尾矿，清理了河道，变废为宝。因此，用机制砂代替河沙是目前的主要手段。
但是机制砂的杂质多、SiO2含量少、品质不稳定且级配不均，在制备混凝土的过程中，机制砂的毛细孔丰富，使其吸收大量的水分，体系中的自由水减少，对混凝土的流动性影响很大，导致混凝土的强度相对于天然砂会大幅度件对比。因此，这是混凝土制备过程中急需解决的问题。
发明内容
为了改善机制砂使混凝土流动性差的问题，本申请提供一种砂石调节剂及其制备方法及其应用。
第一方面，本申请提供一种砂石调节剂，由以下质量百分比的组分制备而成：
烷基酚聚氧乙烯醚10-20%；
磺化三聚氰胺甲醛树脂30-50%；
乙撑基双硬脂酰胺20-27%；
引气剂5-15%；
流变助剂8-15%。
优先的，所述砂石调节剂中各组分的质量百分比为：
烷基酚聚氧乙烯醚15-20%；
磺化三聚氰胺甲醛树脂40-50%；
乙撑基双硬脂酰胺24-27%；
引气剂10-15%；
流变助剂11-15%。
由于机制砂毛细孔丰富而需要吸入更多的水分，导致砂浆体系中自由水的含量迅速降低，使砂浆的流动性下降而不易分散均匀，最终导致混凝土抗压强度的变差。通过烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂以上述特定的比例配合，与砂浆一起搅拌时能够与混凝土中的游离碱产生化学反应，生成稳定的枝蔓状晶体物质，有效堵塞了砂浆表面的非常细小吸水量大的孔隙，形成一道有效的防水层，大大减缓了砂浆体系中自由水的流失。
同时，上述组分的配比使机制砂与水接触面的表面张力大大降低，降低液-液和固-液间的界面张力，机制砂与其余成分或杂质之间的分散性得到很大的改善。在机制砂与水接触时机制砂快速吸水饱和，水、泥之间的分散性达到较好的状态，在搅拌过程中还能起到充分的润滑作用，降低摩擦力，使得混凝土中各组分之间混合更均匀，从而得到初期抗压强度好的混凝土。
优选的，所述引气剂由松香树脂引气剂、脂肪醇磺酸盐引气剂和皂苷引气剂以1：（0.1-1）：（0.5-2）的质量比复配而成。
优选的，所述引气剂由松香树脂引气剂、脂肪醇磺酸盐引气剂和皂苷引气剂以1：（0.5-0.8）：（0.8-1.2）的质量比复配而成。
在研究过程中发现，上述的砂石调节剂体系中，引气剂选择对混凝土的抗压强度耐久性有着较大的影响。虽然在上述配方中混凝土的初期抗压强度得到了很大的改善，但是随着养护时间的增长，混凝土的抗压强度呈现降低的趋势。为此，通过发明人深入研究，发现松香树脂引气剂、脂肪醇磺酸盐引气剂和皂苷引气剂以特定比例配合时，将会改变混凝土的抗压强度的耐久性，在养护28d后依然保持着最初的较大的抗压强度。
优选的，所述松香树脂引气剂为松香酸钠，所述脂肪醇磺酸盐引气剂为椰油醇聚氧乙烯醚磺酸钠，所述皂苷引气剂为三萜皂甙。
实验过程中发现，使用松香酸钠、椰油醇聚氧乙烯醚磺酸钠和三萜皂甙配合用于混凝土中，产生的微小气泡可以切断混凝土中因水分蒸发产生的毛细管，这样便可以使混凝土中的微裂缝受到一定的阻碍，使其不能进一步发展，从而降低了毛细管引起的渗透，进一步增大了混凝土的抗压强度耐久性，同时又不易影响砂浆的流动性。
优选的，所述流变助剂为聚丙烯酸钠。
聚丙烯酸钠用于水泥砂浆中可以使其混合更加均匀，明显降低水泥的粘度，便于用高压泵输送到高楼。另外，聚丙烯酸钠可以延长水泥固化时间，便于运输调配，增加混凝土的抗压强度。
优选的，所述聚丙烯酸钠分子量为5000-10000。
分子量在5000-10000的聚丙烯酸钠能够有效地使水泥各组分保持均匀状态，长时间放置不分层，此状态水泥凝固后使水泥各部分的强度基本一致，从而大大提高混凝土的整体抗压强度。
第二方面，本申请提供一种砂石调节剂的制备方法，包括以下步骤：将烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂一起混合，在200r/min以上的转速下搅拌，获得砂石调节剂。
第三方面，本申请提供一种砂石调节剂的应用，将砂石调节剂应用到混凝土中时，所述砂石调节剂的添加量为混凝土中的胶凝材料的0.8-1.5%。
不同性能的混凝土，可以选择本申请的砂石调节剂，通过控制添加量以适用不同商品混凝土的制备。
综上所述，通过烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂以上述特定的比例配合，与砂浆一起搅拌时能够与混凝土中的游离碱产生化学反应，生成稳定的枝蔓状晶体物质，有效堵塞了砂浆表面的非常细小吸水量大的孔隙，形成一道有效的防水层，大大减缓了砂浆体系中自由水的流失，机制砂与其余成分或杂质之间的分散性得到很大的改善，从而得到初期抗压强度好的混凝土。
具体实施方式
制备例和实施例中使用的原料均采购于市售的混凝土外加剂。
制备例
制备例1
本制备例公开一种砂石调节剂，由以下质量的组分制备而成：
烷基酚聚氧乙烯醚0.1Kg、磺化三聚氰胺甲醛树脂0.5Kg、乙撑基双硬脂酰胺0.2Kg、引气剂0.27Kg和流变助剂0.08Kg。
引气剂为磺化丁二酸烷基酯。
流变助剂为磺化三聚氰胺甲醛缩合物。
砂石调节剂的制备方法为：将烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂一起加入搅拌釜中，在200r/min的转速下搅拌10min，获得砂石调节剂。
制备例2
烷基酚聚氧乙烯醚0.2 Kg、磺化三聚氰胺甲醛树脂0.3 Kg、乙撑基双硬脂酰胺0.2Kg、引气剂0.15 Kg和流变助剂0.15Kg。
引气剂为十二烷基磺酸钠。
流变助剂为2-萘磺酸钠甲醛缩合物。
砂石调节剂的制备方法为：将烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂一起加入搅拌釜中，在200r/min的转速下搅拌10min，获得砂石调节剂。
制备例3
烷基酚聚氧乙烯醚0.15Kg、磺化三聚氰胺甲醛树脂0.4Kg、乙撑基双硬脂酰胺0.24Kg、引气剂0.1Kg和流变助剂0.11Kg。
引气剂为十二烷基硫酸钠。
流变助剂为磺化三聚氰胺甲醛缩合物。
砂石调节剂的制备方法为：将烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂一起加入搅拌釜中，在200r/min的转速下搅拌10min，获得砂石调节剂。
制备例4
与制备例3的区别在于：松香树脂引气剂为松香皂、脂肪醇磺酸盐引气剂为脂肪酸甲脂磺酸钠和皂苷引气剂为三萜皂苷以1：0.1：0.5的质量比复配而成，即松香皂0.063Kg、脂肪酸甲脂磺酸钠0.006 Kg和三萜皂苷0.03 Kg。
制备例5
与制备例3的区别在于：松香树脂引气剂为松香皂、脂肪醇磺酸盐引气剂为脂肪酸甲脂磺酸钠和皂苷引气剂为三萜皂苷以1：1：2的质量比复配而成，即松香皂0.025Kg、脂肪酸甲脂磺酸钠0.025 Kg和三萜皂苷0.05 Kg。
制备例6
与制备例3的区别在于：松香树脂引气剂为松香皂、脂肪醇磺酸盐引气剂为脂肪酸甲脂磺酸钠和皂苷引气剂为三萜皂苷以1：0.5：0.8的质量比复配而成，即松香皂0.043Kg、脂肪酸甲脂磺酸钠0.022 Kg和三萜皂苷0.035 Kg。
制备例7
与制备例3的区别在于：松香树脂引气剂为松香皂、脂肪醇磺酸盐引气剂为脂肪酸甲脂磺酸钠和皂苷引气剂为三萜皂苷以1：0.8：1.2的质量比复配而成，即松香皂0.033Kg、脂肪酸甲脂磺酸钠0.027 Kg和三萜皂苷0.04 Kg。
制备例8
与制备例6的区别在于：松香树脂引气剂为松香酸钠，所述脂肪醇磺酸盐引气剂为椰油醇聚氧乙烯醚磺酸钠，所述皂苷引气剂为三萜皂甙。
制备例9
与制备例3的区别在于：流变助剂为分子量8000-15000的聚丙烯酸钠。
制备例10
与制备例3的区别在于：流变助剂为分子量5000-10000的聚丙烯酸钠。
应用例
应用例1
本应用例公开一种砂石调理剂在混凝土中的应用，具体为：制备混凝土所用的成分为水1.75Kg、水泥4.6 Kg、砂子5Kg、石子12.5Kg、制备例1的砂石调节剂0.17Kg和聚羧酸减水剂0.24Kg。
步骤1），将砂子、石子、砂石调节剂和聚羧酸减水剂一起加入搅拌机中搅拌，转速15转/分钟，搅拌25s，获得第一混合物；
步骤2），将水、水泥加入搅拌机中与第一混合物一起搅拌，转速20转/分钟，搅拌20s，获得混凝土砂浆。
应用例2-10
与应用例1的区别仅在于使用的砂石调节剂分别依次为制备例2-10的砂石调节剂。
应用例11
本应用例公开一种砂石调理剂在混凝土中的应用，具体为：制备混凝土所用的成分为水1.75Kg、水泥4.6 Kg、砂子5Kg、石子12.5Kg、制备例1的砂石调节剂0.33Kg和聚羧酸减水剂0.12Kg。
步骤1），将砂子、石子、砂石调节剂和聚羧酸减水剂一起加入搅拌机中搅拌，转速15转/分钟，搅拌25s，获得第一混合物；
步骤2），将水、水泥加入搅拌机中与第一混合物一起搅拌，转速20转/分钟，搅拌20s，获得混凝土砂浆。
对比例1
与应用例1的区别在于，使用的砂石调节剂中采用等量的单硬脂酸甘油酯代替乙撑基双硬脂酰胺。
对比例2
与应用例1的区别在于，使用的砂石调节剂中采用等量的木质素磺酸钠代替磺化三聚氰胺甲醛树脂。
性能检测试验
试验1 流动性检测
（1）试验前，先将坍落筒（高300mm，上直径100mm，下直径200mm）内外洗净，并将摆放坍落筒的平板湿润。
（2）摆好坍落筒，套上漏斗。
（3）将混凝土试样分三次装入筒内。第一次盛装的高度略大于筒高的1/3，取下漏斗，用振捣棒垂直向下、螺旋形、由外向内陆插捣25次，振捣棒不得撞击坍落筒壁；第二次盛装的高度略大于筒高的2/3，振捣方法同上，插捣深度往下一层20-30mm；第三次盛装超过筒高，振捣方法同上，最后用镘刀抹平筒口。
（4）立即垂直提起坍落筒，提筒在5-10s内完成。从开始装筒到提筒的全过程不应超过2分钟，提筒时不得使混凝土砂浆受横向或扭力作用。
（5）测量：用标尺测量混凝土砂浆的高度h1，坍落度h=h0-h1，其中h0为坍落筒的高度，坍落度越大说明混凝土砂浆的流动性越好。
按照GB50164-2011《混凝土质量控制标准》，160mm以上的坍落度为大流动性混凝土，坍落度为100-150是流动性混凝土，坍落度为50-90是塑性混凝土。
表1 坍落度
项目 混凝土砂浆高度h1/mm 坍落度h/mm
应用例1 29 271
应用例2 30 270
应用例3 24 276
应用例4 25 275
应用例5 24 276
应用例6 26 274
应用例7 24 276
应用例8 24 276
应用例9 21 279
应用例10 14 286
应用例11 25 275
对比例1 202 98
对比例2 187 113
试验2 抗压强度检测
根据GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中的抗压强度试验检测以上应用例1-11以及对比例1-3制得的混凝土7d、14d和28d抗压强度（MPa），详细检测数据见表2。
实验设备：TYE2000型数显式混凝土压力机。
表2 抗压强度
7d抗压强度 28天抗压强度
应用例1 30.8 24.7
应用例2 30.6 25.1
应用例3 31.4 25.6
应用例4 31.2 28.3
应用例5 31.1 28.4
应用例6 31.4 29.2
应用例7 31.3 29.2
应用例8 31.4 29.7
应用例9 31.7 30.1
应用例10 32.1 30.7
应用例11 31.1 25.2
对比例1 16.8 11.6
对比例2 20.4 13.7
根据表1中对比例1-2与应用例1-3的坍落度对比可得，应用例1-3的坍落度远远大于对比例1-2，说明在通过烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂以上述特定的比例配合，与砂浆一起搅拌时能够与混凝土中的游离碱产生化学反应，生成稳定的枝蔓状晶体物质，有效堵塞了砂浆表面的非常细小吸水量大的孔隙，形成一道有效的防水层，大大减缓了砂浆体系中自由水的流失。而且，上述组分的配比使机制砂与水接触面的表面张力大大降低，降低液-液和固-液间的界面张力，机制砂与其余成分或杂质之间的分散性得到很大的改善。在机制砂与水接触时机制砂快速吸水饱和，水、泥之间的分散性达到较好的状态，在搅拌过程中还能起到充分的润滑作用，降低摩擦力，使得混凝土中各组分之间混合更均匀。根据表2中对比例1-2与应用例1-3的7g抗压强度对比可得，因为混凝土砂浆获得了较大额的流动性，从而得到初期抗压强度好的混凝土。
根据表2中应用例4-7与应用例1、2的28d抗压强度对比可得，应用例4-7的抗压强度大于应用例1、2，说明松香树脂引气剂、脂肪醇磺酸盐引气剂和皂苷引气剂以特定比例配合时，将会改变混凝土的抗压强度的耐久性，在养护28d后依然保持着最初的较大的抗压强度。进一步对比应用例8与应用例4-7，应用例8的28d抗压强度进一步增大，说明使用松香酸钠、椰油醇聚氧乙烯醚磺酸钠和三萜皂甙配合用于混凝土中，产生的微小气泡可以切断混凝土中因水分蒸发产生的毛细管，这样便可以使混凝土中的微裂缝受到一定的阻碍，使其不能进一步发展，从而降低了毛细管引起的渗透，进一步增大了混凝土的抗压强度耐久性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种砂石调节剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分制备而成：
烷基酚聚氧乙烯醚10-20%；
磺化三聚氰胺甲醛树脂30-50%；
乙撑基双硬脂酰胺20-27%；
引气剂5-15%；
流变助剂8-15%；
所述引气剂由松香树脂引气剂、脂肪醇磺酸盐引气剂和皂苷引气剂以1：（0.1-1）：（0.5-2）的质量比复配而成；
所述流变助剂为聚丙烯酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种砂石调节剂，其特征在于，所述砂石调节剂中各组分的质量百分比为：
烷基酚聚氧乙烯醚15-20%；
磺化三聚氰胺甲醛树脂40-50%；
乙撑基双硬脂酰胺24-27%；
引气剂10-15%；
流变助剂11-15%；
以上组分质量百分比的总和为100%。
3.根据权利要求1所述的一种砂石调节剂，其特征在于：所述引气剂由松香树脂引气剂、脂肪醇磺酸盐引气剂和皂苷引气剂以1：（0.5-0.8）：（0.8-1.2）的质量比复配而成。
4.根据权利要求1所述的一种砂石调节剂，其特征在于：所述松香树脂引气剂为松香酸钠，所述脂肪醇磺酸盐引气剂为椰油醇聚氧乙烯醚磺酸钠，所述皂苷引气剂为三萜皂甙。
5.根据权利要求1所述的一种砂石调节剂，其特征在于：所述聚丙烯酸钠分子量为5000-10000。
6.一种如权利要求1所述的砂石调节剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将烷基酚聚氧乙烯醚、磺化三聚氰胺甲醛树脂、乙撑基双硬脂酰胺、引气剂和流变助剂一起混合，在200r/min以上的转速下搅拌，获得砂石调节剂。
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